一文了解金属材料失效分析~

⼀⽂了解⾦属材料失效分析~

失效分析定义

对装备及其构件在使⽤过程中发⽣各种形式失效现象的特征及规律进⾏分析研究，从中找出产⽣失效的主要原因及防⽌

失效的措施，称为失效分析。

⾦属材料的失效形式及失效原因密切相关，失效形式是材料失效过程的表观特征，可以通过适当的⽅式进⾏观察。⽽失

效原因是导致构件失效的物理化学机制，需要通过失效过程调研研究及对失效件的宏观、微观分析来诊断和论证。

失效分析与其他⽣产环节之间的关系

失效分析与其他学科的关系

失效分类

材料在各种⼯程应⽤中的失效模式主要由断裂、腐蚀、磨损和变形等，其中断裂失效的危害性最⼤。

失效形式的分类

1

弹性变形失效

当应⼒或温度引起材料可恢复的弹性变形⼤到⾜以影响装备正常发挥预定的功能时，就出现弹性变形失效。

2

塑性变形失效

当受载荷的材料产⽣不可恢复的塑性变形⼤到⾜以影响装备正常发挥预定的功能时，就出现塑性变形失效。

3

韧性断裂失效

材料在断裂之前产⽣显著的宏观塑性变形的断裂称为韧性断裂失效。

4

脆性断裂失效

材料在断裂之前没有发⽣或很少发⽣宏观可见的塑性变形的断裂称为脆性断裂失效。

5

疲劳断裂失效

材料在交变载荷作⽤下，经过⼀定的周期后所发⽣的断裂称为疲劳断裂失效。

6

腐蚀失效

腐蚀是材料表⾯与服役环境发⽣物理或化学的反应，使材料发⽣损坏或变质的现象，材料发⽣的腐蚀使其不能发挥正常

的功能则称为腐蚀失效。腐蚀有多种形式，有均匀遍及材料表⾯的均匀腐蚀和只在局部地⽅出现的局部腐蚀，局部腐蚀

⼜分为点腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、应⼒腐蚀开裂、腐蚀疲劳等。

7

磨损失效

当材料表现相互接触或材料表⾯与流体接触并作相对运动时，由于物理和化学的作⽤，材料表⾯的形状、尺⼨或质量发

⽣变化的过程，称为磨损。由磨损⽽导致构件功能丧失，称为磨损失效。磨损有多种形式，其中常见粘着磨损、磨料磨

损、冲击磨损、微动磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损等。

⾦属材料失效具体形式

失效原因分析

设计不合理

其中结构或形状不合理，材料存在缺⼝、⼩圆弧转⾓、不同形状过渡区等⾼应⼒区，未能恰当设计引起的失效⽐较常

见。总之，设计中的过载荷、应⼒集中、结构选择不当、安全系数过⼩(追求轻巧和⾼速度)及配合不合适等都会导致构

件及装备失效。构件及装备的设计要有⾜够的强度、刚度、稳定性，结构设计要合理。

分析设计原因引起的失效尤其要注意：对复杂构件未作可靠的应⼒计算；或对构件在服役中所承受的⾮正常⼯作载荷的

类型及⼤⼩未作考虑；甚⾄于对⼯作载荷确定和应⼒分析准确的构件来说，如果只考虑拉伸强度和屈服强度数据的静载

荷能⼒，⽽忽视了脆性断裂、低循环疲劳、应⼒腐蚀及腐蚀疲劳等机理可能引起的失效，都会在设计上造成严重的错

误。

选材不当及材料缺陷

⾦属装备及构件的材料选择要遵循使⽤性原则、加⼯⼯艺性能原则及经济性原则，⾸先要考虑遵循使⽤性原则。使在特

定环境中的构件，对可预见的失效形式要为其选择⾜够的抵抗失效的能⼒。如对韧性材料可能产⽣的屈服变形或断裂，

应该选择⾜够的拉伸强度学校贫困申请书 和屈服强度；但对可能产⽣的脆性断裂、疲劳及应⼒腐蚀开裂的环境条件，⾼强度的材料往往

适得其反。在符合使⽤性能的原则下选取的结构材料，对构件的成形要有好的加⼯⼯艺性能。在保证构件使⽤性能、加

⼯⼯艺性能要求的前题下，经济性也是必须考虑。

制造⼯艺不合理

⾦属装备及其构件往往要经过机加⼯（车、铣、刨、磨、钻等）、热冷变形（冲、压、卷、弯等）、焊接、装配等制造

⼯艺过程。若⼯艺规范制订不合理，则⾦属设备或构件在这些加⼯成形过程中，往往会留下各种各样的缺陷。如机加⼯

常出现的圆⾓过⼩、倒⾓尖锐、裂纹、划痕；冷热成形的表⾯凹凸不平、不直度、不圆度和裂纹；在焊接时可能产⽣的

焊缝表⾯缺陷(咬边、焊缝凹陷、焊缝过⾼)、焊接裂纹、焊缝内部缺陷(未焊透、⽓孔、夹渣)，焊接的热影响区更因在焊

接过程经受的温度不同，使其发⽣组织转变不同，有可能产⽣组织脆化和裂纹等缺陷；组装的错位、不同⼼度、不对中

及强⾏组装留下较⼤的内应⼒等。所有这些缺陷如超过限度则会导致构件以及装备早期失效。

使⽤操作不当和维修不当

使⽤操作不当时⾦属装备失效的重要原因之⼀，如违章操作，超载、超温、超速；缺乏经验、判断错误；⽆知和训练不

够；主观臆测、责任⼼不强、粗⼼⼤意等都是不安全的⾏为。某时期统计260 次压⼒容器和锅炉事故中，操作事故194

次，占74.5% 。装备是要进⾏定期维修和保养的，如对装备的检查、检修和更换不及时或没有采取适当的修理、防护措

施，也会引起装备早期失效。

引起失效的原因分析

引起失效的常见缺陷

铸态⾦属常见的组织缺陷有缩孔、疏松、偏析、内裂纹、⽓泡和⽩点等。

缩孔

⾦属在冷凝过程中由于体积的收缩⽽在铸锭或铸件⼼部形成管状（或喇叭状）或分散的孔洞，称为缩孔。缩孔的相对体

积与与液态⾦属的温度、冷却条件以及铸件的⼤⼩等有关。液态⾦属的温度越⾼，则液体与固体之间的体积差越⼤，⽽

缩孔的体积也越⼤。向薄壁铸型中浇注⾦属时，型壁越薄、则受热越快，液态⾦属越不易冷却，在刚浇完铸型时，液态

⾦属的体积也越⼤，⾦属冷凝后的缩孔也就越⼤。

疏松

在急速冷却的条件下浇注⾦属，可避免在铸锭上部形成集中缩孔，但此时液体⾦属与固态⾦属之间的体积差仍保持⼀定

的数值，虽然在表⾯上似乎已经消除了⼤的缩孔，可是有许多细⼩缩孔即疏松，分布在⾦属的整个体积中。

钢材在锻造和轧制过程中，疏松情况可得到很⼤程度的改善，但若由于原钢锭的疏松较为严重、压缩⽐不⾜等原因，则

在热加⼯后较严重的疏松仍会存在。此外，当原钢锭中存在着较多的⽓泡，⽽在热轧过程中焊合不良，或沸腾钢中的⽓

泡分布不良，以致影响焊合，亦可能形成疏松。

疏松的存在具有较⼤的危害性，主要有以下⼏种：

（1）在铸件中，由于疏松的存在，显著降低其⼒学性能，可能使其在使⽤过程中成为疲劳源⽽发⽣断裂。在⽤作液体

容器或管道的铸件中，有时会存在基本上相互连接的疏松，以致不能通过⽔压试验，或在使⽤过程中发⽣渗漏现象；

（2）钢材中如存在疏松，亦会降低其⼒学性能，但因在热加⼯过程中⼀般能减少或消除疏松，故疏松对钢材性能的影

响⽐铸件的⼩；

（3）⾦属中存在较严重的疏松，对机械加⼯后的表⾯粗糙度有⼀定的影响。

偏析

⾦属在冷凝过程中，由于某些因素的影响⽽形成的化学成分不均匀现象称为偏析。偏析分为晶内偏析、晶间偏析、区域

偏析、⽐重偏析。

由于扩散不⾜，在凝固后的⾦属中，便存在晶体范围内的成分不均匀现象元宵节的知识 ，即晶内偏析。基于同⼀原因，在固溶体⾦属

中，后凝固的晶体与先凝固的晶体成分也会不同，即晶间偏析。碳化物偏析是⼀种晶间偏析。

在浇注铸键(或铸件)时，由于通过铸型壁强烈的定向散热，在进⾏着凝固的合⾦内便形成⼀个较⼤的温差。结果就必然

导致外层区域富集⾼熔点组元，⽽⼼部则富集低熔点组元，同时也富集着凝固时析出的⾮⾦属杂质和⽓体等。这种偏析

称为区域偏析。

在⾦属冷凝过程中，如果析出的晶体与余下的溶液两者密度不同时，这些晶体便倾向于在溶液中下沉或上浮，所形成的

化学成分不均匀现象，称为⽐重偏析。晶体与余下的溶液之间的密度差越⼤，⽐重偏析越⼤。这种密度差取决于⾦属组

元的密度差，以及晶体与溶液之间的成分差。如果冷却越缓慢，随着温度降低初⽣晶体数量的增加越缓慢，则晶体在溶

液中能⾃由浮沉的温度范围越⼤，因⽽⽐重偏析也越强烈。

液中能⾃由浮沉的温度范围越⼤，因⽽⽐重偏析也越强烈。

⽓泡

⾦属在熔融状态时能溶解⼤量的⽓体，在冷凝过程中因溶解度随温度的降低⽽急剧减⼩，致使⽓体从液态⾦属中释放出

来。若此时⾦属已完全凝固，则剩下的⽓体不易逸出，有⼀部分就包容在还处于塑性状态的⾦属中，于是形成⽓孔，则

称其为⽓泡。

⽓泡的有害影响表现如下：

（1）⽓泡减少⾦属铸件的有效截⾯，由于其缺⼝效应，⼤面色青 ⼤降低了材料的强度；

（2）当铸锭表⾯存在着⽓泡时，在热锻加热时可能被氧化，在随后的锻压过程中不能焊合⽽形成细纹或裂缝；

（3）在沸腾钢及某些合⾦中，由于⽓泡的存在还可能产⽣偏析导致裂缝。

⽩点

在经侵蚀后的横向截⾯上，呈现较多短⼩的不连续的发丝状裂缝；⽽在纵向断⾯上会发现表⾯光滑、银⽩⾊的圆形或椭

圆形的斑点，这种缺陷称为⽩点。

⽩点最容易产⽣在镍、铬、锰作为合⾦元素的合⾦结构钢及低合⾦⼯具钢中。

奥⽒体钢及莱⽒体钢中，从未发现过⽩点；铸钢中也可能发现⽩点，但极为罕见；焊接⼯件的熔焊⾦属中偶尔也会产⽣

⽩点。⽩点的产⽣与钢材的尺⼨也有⼀定的关系，横截⾯的直径或厚度⼩于30mm的钢材不易产⽣⽩点。

通常具有⽩点的钢材纵向抗拉强度与弹性极限降低并不多，但伸长率则显著降低，尤其是断⾯收缩率与冲击韧性降低得

更多，有时可能接近于零。且这种钢材的横向⼒学性能⽐纵向⼒学性能降低得多。因此具有⽩点的钢材⼀般不能使⽤。

引起失效的常见缺陷

⾦属锻造及轧制件缺陷：

粗⼤的魏⽒体组织

在热轧或停锻温度较⾼时，由于奥⽒体晶粒粗⼤，，在随后冷却时的先析出物沿晶界析出，并以⼀定⽅向向晶粒内部⽣

长，或平⾏排列，或成⼀定⾓度。这种形貌称为魏⽒体组织。先析出物与钢的成分有关，亚共析钢为铁素体，过共析钢

为渗碳体。魏⽒体组织因其组织粗⼤⽽使材料脆性增加，强度下降。⽐较重要的⼯件不允许魏⽒体组织存在。

⽹状碳化物及带状组织

对于⼯具钢，锻造和轧制的⽬的不但是使⽑坯成型，更重要的是使其内部的碳化物碎化和分布均匀。

钢材智能科学与技术 表层脱碳

钢加热时，⾦属表层的碳原⼦烧损，使⾦属表层碳成分低于内层，这种现场称为脱碳，降低碳量后的表⾯层叫做脱碳

层。脱碳层的硬度、强度较低，受⼒时易开裂⽽成为裂源。⼤多数零件，特别是要求强度⾼、受弯曲⼒作⽤的零件，要

避免脱碳层。因此锻、轧的钢件随后应安排去除脱碳层的切削加⼯。

折叠

折叠通常是由于材料表⾯在前⼀道锻、轧中所产⽣的尖⾓或⽿⼦，在随后的锻、轧时压⼊⾦属本⾝⽽形成。钢材表⾯的

折叠，可采⽤机械加⼯的⽅法进⾏去除。

划痕

在⽣产、运输等过程中，钢材表⾯受到机械刮伤形成的沟痕，称为划痕，也叫刮伤或擦伤。划痕缺陷的存在，能降低⾦

属的强度；对薄钢板，除降低强度外，还会像切⼝⼀样地造成应⼒集中⽽导致断裂；尤其在压制时，它会成为裂纹或裂

纹扩展的中⼼。对于压⼒容器来说，表⾯是不允许有严重的划痕存在的，否则会成为使⽤过程中发⽣事故的起点。

斑疤

⾦属锭及型材的表⾯由于处理房屋拆除协议 不当，往往会造成粗糙不平的凹坑。这些凹坑是不深的， ⼀般只有2~3mm。因其形状不

规则，且⼤⼩不⼀，故称这种粗糙不平的凹坑为结疤，也称为斑疤。

若结疤存在于板材上，尤其是主薄板上，则不仅能成为板材腐蚀的中⼼，在冲制时还会因此产⽣裂纹。此外，在制造弹

簧等零件⽤的钢材上，是不允许存在结疤缺陷的。因为结疤容易造成应⼒集中，导致疲劳裂纹的产⽣，⼤⼤地影响弹簧

的寿命和安全性。

表⾯裂纹

钢材表⾯出现的⽹状龟裂或缺⼝，是由于钢中硫⾼锰低引起热脆，或因铜含量过⾼、钢中⾮⾦属夹杂物过多所致。

分层

由于⾮⾦属夹杂、未焊合的内裂纹、残余缩孔、⽓孔等原因，使剪切后的钢材断⾯呈⿊线或⿊带，将钢材分离成两层或

多层的现象，称为分层。

引起失效的常见缺陷

夹杂物及其对钢性能的影响：

#01

夹杂物的分类

钢在加⼯变形中，各类夹杂物变形性不同，按其变形能⼒分为三类：

脆性夹杂物

⼀般指那些不具有塑性变形能⼒的简单氧化物（Al 2 O 3 、Cr 2 O 3 、ZrO等）、双氧化物（如FeOAl 2 O 3 、MgOAl

2 O 3 、CaO6Al 2 O 3 ）、碳化（TiC）、氮化物(TiN、Ti(CN)AlN、VN等)和不变形的球状或点状夹杂物（如球状铝

酸钙和含SiO 2 较⾼的硅酸盐等）。

钢中铝硅钙夹杂物具有较⾼的熔点和硬度，当压⼒加⼯变形量增⼤时，铝硅钙被压碎并沿着加⼯⽅向⽽呈串链状分布，

严重破坏了钢基体均匀的连续性。

塑性夹杂物

这类夹杂物在钢经受加⼯变形时具有良好的塑性，沿着钢的流变⽅向延伸成条带状，属于这类的夹杂物含SiO 2 量较低

的铁锰硅酸盐、硫化锰（MnS）、（Fe, Mn）S等。夹杂物与钢基体之间的交界⾯处结合很好，产⽣裂纹的倾向性较

⼩。

半塑性变形的夹杂物

⼀般指各种复合的铝硅酸盐夹杂物，复合夹杂物中的基体，在热加⼯变形过程中产⽣塑性变形，但分布在基体中的夹杂

物（如CaOAl 2 O 3 、尖晶⽯型的双氧化物等）不变形，基体夹杂物随着钢基体的变形⽽延伸，⽽脆性夹杂物不变形，

仍保持原来的⼏何形状，因此将阻碍邻近的塑性夹杂物⾃由延伸，⽽远离脆性夹杂物的部分沿着钢基体的变形⽅向⾃由

延伸。

#02

#02

夹杂物对钢性能的影响

⼤爱无赦 西式插花 量试验事实说明夹杂物对钢的强度影响较⼩，对钢的韧性危害较⼤，其危害程度⼜随钢的强度的增⾼⽽增加。

夹杂物变形性对钢性能的影响

钢中⾮⾦属夹杂物的变形⾏为与钢基休之间的关系，可⽤夹杂物与钢基体之间的相对变形量来表⽰，即夹杂物的变形率

v ，夹杂物的变形率可在v=0~1这个范围受化，若变形率低，钢经加⼯变形后.由于钢产⽣塑性变形，⽽夹杂物基本不变

形，便在夹杂物和钢基体的交界处产⽣应⼒集中，导致在钢与夹杂物的交界处产⽣微裂纹，这些微裂纹便成为零件在使

⽤过程中引起疲劳破坏的隐患。

夹杂物引起应⼒集中

夹杂物的热膨胀系数越⼩，形成的拉应⼒越⼤，对钢的危害越⼤。在⾼温下加⼯变形时，夹杂物与钢基体热收缩的差

别，使裂纹在交界⾯处产⽣。它很可能成为留住基体中潜在的疲劳破坏源。危害性最⼤的夹杂物是来源于炉渣和耐⽕材

料的外来氧化物。

夹杂物与钢的韧性

超⾼强度钢和碳钢中MnS夹杂物的含量对强度⽆明显影响，但可使韧性降低。其中断裂韧性随硫含量增加⽽降低，具有

明显的规律性。

从夹杂物类型⽐较，硫化物对韧性的影响⼤于氮化物，在氮化物中ZrN 对韧性的危害较⼩，夹杂物类型不同⽽含量相近

的情况下，变形成长条状的MnS对断裂韧性影响⼤于不变形的硫化物(Ti-S，Zr-S) 。

串状或球状硫化物对和AkV均不利，就对短横试样的危害⽽⾔，串状⽐球状危害更严重。

引起失效的常见缺陷

⾦属焊接缺陷

焊接缺陷的种类很多，按其在焊缝中所处的位置可分为外部缺陷和内部缺陷两⼤类。外部缺陷也叫外观缺陷。外部缺陷

位于焊缝表⾯，借⽤⾁眼或低倍放⼤镜就能观察到。内部缺陷位于焊缝的内部，必须应⽤破坏性检验或专门⽆损检验⽅

法才能发现。

焊接缺陷分类

焊接区域⽰意图

焊缝尺⼨不符合要求

焊缝尺⼨不符合要求包括：焊缝外形⾼低不平、焊道宽窄不齐、焊缝余⾼过⼤或过⼩、焊缝宽度太宽或太窄、焊缝和母

材之间的过渡不平滑等。

原因分析：

（1）焊缝坡⼝⾓度、宽度及组装间隙不统⼀。

（2）焊条直径选择不当，造成填充层过⾼，失去坡⼝轮廓线，使盖⾯宽窄不⼀，焊缝过⾼，波纹粗劣。

（3）背⾯清根刨缝质量差，焊道宽度不⼀。

（4）焊接电流过⼤或过⼩，运条⼿法和⾓度不当以及焊速不均匀。

危害性：尺⼨过⼩的焊缝，会降低焊接接头的强度；尺⼨过⼤的焊缝，不仅浪费焊接材料，也会增⼤焊接结构的变形。

焊缝⾦属向母材的过渡处若不平滑，出现尖⾓，会造成应⼒集中，降低焊接结构的承载能⼒。

预防措施：

（1）采⽤⾃动和半⾃动切割机或刨边机加⼯坡⼝。

（2）焊缝组对间隙应控制在标准规范要求值以内，背⾯⽤碳弧⽓刨清根后，采⽤砂轮修整刨槽及碳化层，使刨槽宽窄

⼀致。

（3）选⽤适当的焊接电流和焊条直径，遵守焊接⼯艺，熟练掌握操作技术，保持焊速均匀；⼿⼯焊操作⼈员要熟练地

掌握运条速度和焊条⾓度，以获得成形美观的焊缝。

咬边

咬边也称“咬⾁”，是电弧或⽕焰将焊缝边缘的母材熔化后，没有得到填充⾦属的补充，⽽留下的凹陷或凹槽。咬边是⼀

种危险的缺陷，它不但减⼩了基本⾦属的有效⼯作截⾯，⽽且在咬边处还会造成应⼒集中。咬边⼜是⼀种常见的缺陷，

应该特别引起注意。

焊瘤

熔化⾦属流淌到焊缝以外未熔化的母材上形成⾦属瘤。该处常伴有局部未熔合，有时也称满溢。习惯上，还常将焊缝⾦

属的多余疙瘩部分称为焊瘤。焊瘤处应⼒集中，还易伴⽣裂缝等缺陷；焊瘤也破坏了焊缝平整光滑的外形，管⼦内部的

焊瘸，除降低强度外，还减⼩管道的有效截⾯，造成堵塞观象。

原因分析：

（1）坡⼝边缘污物未清理⼲净；电流过⼤，熔池温度过⾼，使液体⾦属凝固较慢，在⾃重的作⽤下下坠⽽成；焊接速

度太慢以及组对间隙太⼤等。

（2）运条⾓度不当，操作不熟练。焊速过慢也极易产⽣焊瘤。

预防措施：

（1）焊接前应彻底清理坡⼝及其附近的脏物；组对间隙要合适；选择适当的焊接电流和运条⾓度，熟练掌握操作技

术，保持焊速均匀。

（2）碱性焊条采⽤短弧焊接，极性反接。

弧坑

弧坑是焊接时，由于断弧和收弧不当，在焊道末端形成的低洼部分，表⾯低凹深度⼤于0.5mm以上。弧坑低于基本⾦属

表⾯，降低了焊接接头的承载能⼒，⽽且弧坑内常伴有⽓孔、夹渣、微裂纹等缺陷。

弧坑是由焊缝熔池⾦属未填⾜，熄弧过快或电流过⼤（薄板时）⽽造成。

预防措施：收弧过程中，焊条要在收弧处作短暂的停留或作回焊运条，使电弧不要突然熄灭、使焊条⾦属填满熔池。

飞溅

⼿⼯焊接时，在焊缝及其两侧母材上产⽣⼀般性飞溅和严重性熔合飞溅。⼀般性飞溅是⼿⼯医保编号怎么查询 焊接常见的焊接质量通病；

但产⽣严重性熔合性飞溅，其危害甚⼤，它会增加母材局部表⾯淬硬组织，易产⽣硬化发⽣脆裂及加速局部腐蚀性等缺

陷。

弧疤

电弧擦伤也叫弧疤或弧斑，多是由于偶然不慎使焊条或焊把与焊接⼯件接触，或地线与⼯件接触不良短暂地引起电孤，

⽽在焊接⼯件表⾯留下的伤痕，形成许多⼩圆孔和凹坑。

电弧擦伤处由于电弧的短暂引燃与急速熄灭，冷却速度快，在易淬⽕钢及低温钢的⼯件上，会形成脆性淬硬组织，可能

成为脆性破坏的起源点。在不锈钢等有耐腐蚀性能要求的⼯件上，电弧擦伤会成腐蚀的起始点，降低材料的性能。

原因分析：操作不慎，使焊条或焊把裸露部分与⾮焊接部位接触，短暂地引起电弧，将母材表⾯擦伤，形成许多⼩圆孔

和凹坑。

预防措施：

（1）精⼼操作，避免带电的焊条或焊把裸露四年级数学手抄报简单又漂亮 部分与⾮焊接区域母材相碰引起电弧、

（2）不得在⾮焊接部位随意引弧或试电流，引弧应在引弧板上或在焊道破⼝内进⾏。

（3）地线与母材应紧固良好。

⽓孔

⽓孔是焊接熔池中⽓体在凝固时未能逸出，⽽残留在焊缝中所形成的空⽳。根据孔⽳产⽣的部位，可分为外部⽓孔和内

部⽓孔；根据分布情况，⽓孔⼜可分为单个⽓孔、连续⽓孔和密集⽓孔等。存在于焊缝内的⽓孔，减⼩了⾦属的有效截

⾯，从⽽使焊接接头的强度降低；⽓孔的边缘可能发⽣应⼒集中，密集⽓孔使焊缝组织疏松，使接头的塑性降低；贯通

性⽓孔破坏了焊缝的致密性，造成渗漏。焊缝中的氢⽓孔还有可能导致裂缝的产⽣和扩展。

夹渣

夹渣是焊后残留在焊缝中的熔渣，有的夹在焊缝内部，有的夹在表⾯沟槽内。

焊缝中的夹克罗恩病最常见的症状 渣，降低了接头的承载能⼒，容易引起应⼒集中；影响了焊缝⾦属的致密性，还可能造成焊缝的渗漏，由于

夹杂物与焊缝⾦属的线膨胀系数相差悬殊，温度剧烈变化时，有可能产⽣较⼤应⼒⽽导致裂缝。

夹杂物与焊缝⾦属的线膨胀系数相差悬殊，温度剧烈变化时，有可能产⽣较⼤应⼒⽽导致裂缝。

未焊透

未焊透是焊接时接头根部未完全熔化⽽留下的间隙的现象。

未焊透降低了接头的机械性能，同时由于未焊透部位的缺⼝及末端会产⽣严重的应⼒集中，导致产⽣裂缝。

未熔合

未熔合是指焊缝⾦属和母材之间或焊道⾦属和焊道⾦属之间未完全熔化和结合的部分，它可以分为侧壁未熔合、层间未

熔合和焊缝根部未熔合。

未熔合减少了接头承载的有效截⾯，降低了机械强度。

裂纹

在焊缝或近缝区，由于焊接的影响，材料的原⼦结合遭到破坏，形成新的界⾯⽽产⽣的缝隙称为焊接裂缝，它具有缺⼝

尖锐和长宽⽐⼤的特征。

裂缝按其产⽣的部位可分为纵向裂缝、横向裂缝、弧坑裂缝、根部裂缝、熔合区裂缝及热影响区裂缝等，按其产⽣的温

度和时间，⼜可分为热裂缝、冷裂缝和再热裂缝。

热裂纹在⾼温下产⽣，⽽且都是沿奥⽒体晶界开裂。

焊缝在结晶过程中，固相线附近由于凝固⾦属收缩时，残余液相不⾜，致使沿晶界开裂，故称结晶裂纹。结晶裂纹主要

出现在含杂质较多的碳钢焊缝中(特别是含硫、磷、硅、碳较多的钢种焊缝)和单相奥⽒体钢、镰基合⾦，以及某些铝及

铝合⾦的焊缝中。

⾼温裂纹是指在焊接热循环峰值温度作⽤下，母材近峰区和多层焊缝的层间⾦属中，由于含有低熔共晶组成物（如S、

P、Si、Ni等）⽽被重新熔化，在收缩应⼒作⽤下，沿奥⽒体晶间发⽣开裂。

多边化裂纹：焊接时焊缝或近缝区在固相线温度以下的⾼温区间，由于刚凝固的⾦属存在很多晶格缺陷（主要是位错和

多边化裂纹：焊接时焊缝或近缝区在固相线温度以下的⾼温区间，由于刚凝固的⾦属存在很多晶格缺陷（主要是位错和

空位）和严重的物理及化学的不均匀性，在⼀定的温度和应⼒作⽤下，由于晶格缺陷的移动和聚集，便形成了⼆次边

界，即“多边化边界”，边界上堆积了⼤量的晶格缺陷，造成组织疏松，⾼温时的强度和塑性都很低，只要受少量的拉伸

变形，就会沿着多边化边界开裂，产⽣多边化裂纹，⼜称⾼温塑性裂纹。这种裂纹多发⽣纯⾦属或单向奥⽒体合⾦的焊

缝中或近缝区。

再热裂纹：在进⾏消除应⼒热处理的过程中，在焊接热影响区的粗晶部位产⽣裂纹，在重新加热（热处理）过程中产⽣

的这种裂纹称为再热裂纹，也即双裂纹。

在消除应⼒热处理过程中，热影响区的粗晶区存在不同程度的应⼒集中，由于应⼒松弛所产⽣附加变形⼤于该部位的蠕

变塑性，则产⽣再热裂纹。再热裂纹与热裂纹虽然都是沿晶界开裂，但是再热裂纹产⽣的本质与热裂纹根本同，再热裂

纹只在⼀定的温度区间（约550~650℃）敏感，⽽热裂纹是发⽣在国相线附近。再热裂纹多发⽣在低合⾦⾼强钢、珠光

体耐热钢、奥⽒体不锈钢，以及镍基合⾦的焊接接头中。

冷裂纹：冷裂纹是指在焊接接头冷却到较低温度时（对于钢来说在MS温度，即奥⽒体开始转变为马⽒体的温度以下）

所产⽣的焊接裂纹。焊接冷裂纹包括淬硬脆化裂纹、延迟裂纹、低塑性脆化裂纹。

最主要的冷裂纹为延迟裂纹（即在焊后延迟⼀段时间才发⽣的裂纹，因为氢是最活跃的诱发因素，⽽氢在⾦属中扩散、

聚集和诱发裂纹需要⼀定的时间）。

淬硬倾向⼤的钢在焊接热循环作⽤下产⽣淬硬组织，在应⼒作⽤下产⽣裂纹。产⽣裂纹的敏感温度在Ms附近，焊接接

头冷却到⼀定温度以下即出现裂纹，没有延迟开裂特征。⼀些超⾼强度钢、马⽒体不锈钢、⼯具钢具有较⾼的淬硬脆化

裂纹敏感性。⼀些超⾼强度钢、马⽒体不锈钢、⼯具钢具有较⾼的淬硬脆化裂纹敏感性。

低塑性催化裂纹是指在被焊母材或焊缝⾦属本⾝塑性过低，在焊接热应⼒和拘束应⼒作⽤下，发⽣的应变⼤于其延性⽽

产⽣的裂纹。低塑性脆化裂纹在焊接接头冷却到⼀定温度以下即出现，多出现在焊缝和热影响区表⾯，没有延迟特征。

铸铁、硬质合⾦堆焊容易产⽣低塑性脆化裂纹，⾼合⾦化钛合⾦、钛铝⾦属间化合物等航空材料也容易产⽣这类裂纹。

Ti3Al合⾦焊接结构低塑性脆化裂纹

层状撕裂

层状撕裂属低温开裂，撕裂温度不超过4000℃ 。层状撕裂与⼀般的冷裂纹不同， 它主要是由于轧制钢材的内部存在有

分层的夹杂物(特别是硫化物夹杂物)和在焊接时产⽣的垂直轧制⽅向的应⼒， 致使焊接热影响区附近或稍远的地⽅产⽣

呈“台阶”状的层状开裂，并具有穿晶发展。

层状撕裂主要发⽣在屈服强度较⾼的低合⾦⾼强钢(或调质钢)的厚板结构，如采油平台、厚壁容器、潜艇等，且材质含

有不同程度的夹杂物。层状撕裂在T形接头，⼗字接头和⾓接头⽐较多见。

⾦属热处理产⽣的组织缺陷

⾦属热处理缺陷指在热处理⽣产过程中产⽣的使零件失去使⽤价值或不符合技术条件要求的各种补助，以及使热处理以

后的后续⼯序⼯艺性能变坏或降低使⽤性能的热处理隐患。

最危险的缺陷为裂纹，其中最主要的是淬⽕裂纹，其次是加热裂纹、延迟裂纹、冷处理裂纹、回⽕裂纹、时效裂纹、磨

削裂纹和电镀裂纹等。

导致淬⽕裂纹的原因：

（1）原材料已有缺陷（冶⾦缺陷扩展成淬⽕裂纹）；

（2）原始组织不良（如钢中粗⼤组织或魏⽒组织倾向⼤）；

（3）夹杂物；

（4）淬⽕温度不当；

（5）淬⽕时冷却不当；

（6）机械加⼯缺陷；

（7）不及时回⽕。

最常见的缺陷是变形，其中淬⽕变形占多数，产⽣的原因是相变和热应⼒。残余应⼒、组织不合格、性能不合格、脆性

及其他缺陷发⽣的频率和严重性较低。

内应⼒来源有两个⽅⾯：

（1）冷却过程中零件表⾯与中⼼冷却速率不同、其体积收缩在表⾯与中⼼也不⼀样。这种由于温度差⽽产⽣的体积收

缩量不同所引起的内⽤⼒叫做“热应⼒”；

（2）钢件在组织转变时⽐体积发⽣变化，如奥⽒体转变为马⽒体时⽐体积增⼤。由于零件断⾯上各处转变的先后不

同，其体积变化各处不同，由此引起额内应⼒称作“组织应⼒”。